電動汽車真空泵控制策略的研究

付學松　劉賢彪　陳紅　劉聰　董紅莉

摘 要：電動汽車電子真空泵控制策略對真空制動系統(tǒng)性能的影響。

關(guān)鍵詞：電動車;電子真空泵;控制策略

1 前言

傳動燃油汽車由發(fā)動機提供真空助力源，而純電動汽車或燃料電池汽車的制動系統(tǒng)由于沒有真空源而喪失真空助力的功能，僅僅由人力所產(chǎn)生的制動力無法滿足行車制動的需要，因此需要將制動系統(tǒng)真空助力裝置進行重新匹配設(shè)計，而設(shè)計的核心問題就是產(chǎn)生足夠的壓力真空源。考慮到行車制動的可靠性、安全性及能源的節(jié)約，有必要對真空助力系統(tǒng)的性能進行合理分析計算，以此為電子真空泵、真空儲能機構(gòu)的選擇和策略匹配提供理論依據(jù)。

本文主要闡述在保證制動性能的前提下，匹配合理的所需真空度控制策略。

2 電動車真空助力系統(tǒng)裝置

真空助力器安裝于制動踏板和制動主缸之間，由踏板通過推桿直接操縱，真空助力器的真空伺服氣室由帶有橡膠的活塞分為常壓室（與真空源連接）與變壓室，一般常壓室的真空度為66.7kpa。真空助力器所能提供的助力大小取決于其常壓室與變壓室的氣壓差值。

制動系統(tǒng)真空助力器裝置的真空源來自于發(fā)動機進氣歧管。純電動汽車由于沒有發(fā)動機，制動系統(tǒng)沒有了真空源，從而喪失真空助力的功能，為此，需要重新匹配能夠提供足夠壓力的真空源。若采用電子真空泵與電源直接相連的方案，一旦汽車接通電源同時踩剎車，真空泵就開始工作，這樣頻繁的工作情況比較苛刻，雖然現(xiàn)在電子真空泵的在一定前提下理論壽命累計有1500h，但是從可靠性、安全性以及噪音等方面考慮，還是建議真空泵采用間歇性工作模式。

3 電動車真空系統(tǒng)真空泵控制策略

（1）絕對壓力控制策略：采用一個絕對壓力傳感器，只監(jiān)測真空罐壓力。

正常工作模式：檢測到絕對壓力P>50Kpa開啟真空泵，P<25Kpa關(guān)閉真空泵。真空度大小如圖1某某線（關(guān)閉壓力25Kpa線）和某某線（大氣壓和海拔關(guān)系線）區(qū)域面積。

存在問題：雖然任何海拔高度電子真空泵抽氣時間短，但是海拔5600m后（拐點輔助線），真空泵將無法開啟工作，此時無法滿足正常制動需要的真空度。

（2）壓力差控制策略：采用一個真空度傳感器，監(jiān)測真空罐內(nèi)外壓力差。

正常工作模式：檢測到真空度P<50Kpa開啟真空泵，P>75Kpa關(guān)閉真空泵。

存在問題：海拔1500m后（關(guān)閉輔助線）真空泵無法關(guān)閉工作，電子真空泵將持續(xù)工作導(dǎo)致壽命縮短甚至失效;工作海拔4600m后（開啟輔助線）真空泵無法開啟工作，影響行車安全，同時該策略關(guān)閉壓力接近真空泵抽氣能力極限，抽氣時間會大大增加。

（3）環(huán)境壓力百分比控制：兩個絕對壓力傳感器，一個監(jiān)測真空罐壓力，一個監(jiān)測外界環(huán)境壓力。

正常工作模式：檢測到真空罐壓力與環(huán)境壓力的比值>50%開啟真空泵，<25%關(guān)閉真空泵。真空度大小如圖2某某線（關(guān)閉壓力P*25%）和某某線（大氣壓和海拔關(guān)系線）區(qū)域面積。

存在問題：真空泵能正常的開啟和關(guān)閉，只是隨著海拔的增加，由于關(guān)閉壓力慢慢靠近真空泵極限抽氣能力，導(dǎo)致抽氣時間會逐漸增加。

4 結(jié)論

結(jié)合電子真空泵的性能以及真空度對制動真空助力的影響，選擇合適的控制策略，能有效延長真空泵的使用壽命，且保證制動的可靠性，從制動性能考慮，真空泵產(chǎn)生的真空度越大越好;從經(jīng)濟性和可靠性考慮，真空泵產(chǎn)生的真空度越小越有利。綜合考慮，在滿足整車制動性能要求的最小真空度情況下，結(jié)合真空泵的抽氣特性曲線，選取滿足制動工作時間較短的真空度范圍為最佳，故建議采用絕對壓力和環(huán)境壓力百分比的控制結(jié)合使用。

控制策略：

（1）正常工作模式：海拔1600m以下，外界環(huán)境壓力P>85Kpa時，檢測真空罐中絕對壓力P>50Kpa開啟真空泵，P<25Kpa關(guān)閉真空泵，這種環(huán)境路況下既滿足制動性能所需的真空度，也是最經(jīng)濟最可靠下的真空泵運行模式;海拔超過1600m以上，檢測到真空罐壓力與環(huán)境壓力的比值>50%開啟真空泵，<25%關(guān)閉真空泵，隨著海拔增加，該模式在保護真空泵的同時已最大化滿足制動性能的需求。

（2）傳感器故障模式：檢測到駕駛員有制動需求即踩下制動踏板，則開啟真空泵，持續(xù)開啟工作10S后，如真空泵可自行關(guān)閉，發(fā)出報警指示;如無法關(guān)閉，真空泵執(zhí)行間歇式工作，工作10秒停止4秒，限功率處理，發(fā)出報警指示。

參考文獻：

[1]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]劉惟信.汽車制動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計計算[M].北京：清華大學出版社，2004.